表面貼裝技術(shù)

1、表面貼裝技術(shù)(SMT: Surf ace Mount Technology80年代末以來,因芯片集成度快速發(fā)展,推動了航天電子裝備以驚人的速度向輕薄短小 化、 高密度和高可靠性方向發(fā)展。 現(xiàn)在戰(zhàn)爭是以電子技術(shù)為主導(dǎo)的高技術(shù)戰(zhàn)爭, 現(xiàn)代軍事電 子裝備正向信息化兵器時(shí)代邁進(jìn), 并在光電子化和微電子化的基礎(chǔ)上, 迅速向軍事電子系統(tǒng) 綜合化和武器裝備智能化方向發(fā)展, 因此把現(xiàn)代的戰(zhàn)爭比喻成芯片與鋼鐵的戰(zhàn)爭。 電子電路 裝聯(lián)技術(shù)是支持上述發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。 SMT 是電子電路裝聯(lián)技術(shù)的又一次重大革命,它推動 了航天電子產(chǎn)品不斷 SMT 是電子前進(jìn)。一 SMT電路裝聯(lián)技術(shù)發(fā)展的第四代隨著電子元器件的發(fā)展和更

2、新?lián)Q代, 電子電路裝聯(lián)技術(shù) (簡稱電路裝聯(lián)技術(shù) 也向著更高一 級的技術(shù)階段發(fā)展, 從而導(dǎo)致新一代軍事電子裝備的誕生。 概括起來, 電子電路裝聯(lián)技術(shù)的 發(fā)展分為五個(gè)階段,簡稱五代,現(xiàn)在己迸人第五代發(fā)展時(shí)期,如表 1所例。電子電路裝聯(lián)技 術(shù)從第一代以電子電子管作有源元件,采用手工軟釬焊接技術(shù)開始 ; 經(jīng)過了第二代晶體管階 段, 主要采用單面酚醛印制電路板, 半自動插裝機(jī)、 浸焊和以晶體管為代表的軸向引線元器 件 ; 然后進(jìn)人第三代集成電路階段,采用以集成電路為代表的徑向有引線元器件和自動插裝 技術(shù)以及浸焊或波峰焊技術(shù), 在單向或雙面通孔環(huán)氧玻璃布基板上進(jìn)行焊裝。 隨著集成電路, 特別是大規(guī)格集成電

3、路的發(fā)展,以及表面組裝元器件的開發(fā)和推廣應(yīng)用,出現(xiàn)了嶄新的電 路裝聯(lián)技術(shù)一一表面組裝技術(shù), 80年代初地人實(shí)用階段,激起了電子電路裝聯(lián)技術(shù)的 " 二次 革命 " , 80年代中后期出現(xiàn)了高速發(fā)展的局面, 90年代初進(jìn)人完全成熟階段, 成為當(dāng)代電路 裝聯(lián)技術(shù)的主流。 隨著超大規(guī)格和特大規(guī)模集成電路的應(yīng)用, 以及表面組裝技術(shù)向縱深發(fā)展, 細(xì)間距技術(shù)和直接芯片板級組裝技術(shù)的實(shí)用化,多芯片模塊和三維組裝的興起,從 80年代 中期就萌發(fā)了第五代電子電路裝聯(lián)技術(shù), 使電子電路裝聯(lián)技術(shù)正面臨 " 第三次組裝革命 " 一一 微組裝技術(shù)的倔起相發(fā)展。 現(xiàn)在微組裝技術(shù)己經(jīng)開

4、始進(jìn)入實(shí)用化階段, 主要采用超大規(guī)模和 特大規(guī)模集成電路、 復(fù)合元件和三維載體, 采用由微電子焊接技術(shù)支持的直接芯片板級組裝 和多芯片模塊,再利用 CAD 和 CAM 技術(shù),在多層陶瓷基板或絕緣金屬基板上進(jìn)行多層混 " 合 組裝,實(shí)現(xiàn)元件和基板的一體化、功能模塊化,從而在板級實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級的組裝。 總之,電子電路裝聯(lián)技術(shù)的發(fā)展主要受元器件類型所支配,一種新型元器件的誕生 ; 總 是導(dǎo)致裝聯(lián)技術(shù)的一場革命。二 航天電子產(chǎn)品對電路裝聯(lián)技術(shù)的要求由于當(dāng)前新型武器的需要,要求電路組件實(shí)現(xiàn)微型化、模塊化、高速度、低功耗、低成 本、高可靠和長壽命。這就要求元件小型微型化、器件高度集成化、大型薄型化、

5、多引線細(xì) 間距化 ; 同時(shí)對電路裝聯(lián)技術(shù)提出極嚴(yán)格的要求, 這主使得傳統(tǒng)的通孔插裝技術(shù) (THT不能適 應(yīng)軍事電子裝備對電路組件的要求。因此, 70年代中期表面組裝技術(shù) (SMT一問世就受到軍 方的高度重視, 成為實(shí)現(xiàn)軍事電子裝備小型化、 高性能和高可靠性的重要手段, 使軍事電子 裝備的微電子化向前推進(jìn)了一步。隨著軍事電子裝備微電子化繼續(xù)發(fā)展, 對軍用電路組件的要求不斷提高, 超大規(guī)模集成 電路、超高速集成電路、微波毫米波單片集成電路、砷化鎵集成電路、等離子顯示器將成為 構(gòu)成軍事電子裝備的主體, 封裝器件由于其封裝效率低, 難以滿足軍用電路組件的要求, 只 有依賴于以直接芯片板級組裝的相應(yīng)的微

6、焊接技術(shù)為基礎(chǔ)的微組裝技術(shù), 才能促進(jìn)軍事電子 裝備的微電子化進(jìn)人高級階段。才能保證武器的高可靠高精度。三 SMT發(fā)展?fàn)顩rSMT是將表面貼裝元器件 (無引腳或短引腳的元器件貼、焊到印制電路板表面規(guī)定位 置上的電路裝聯(lián)技術(shù), 所用的印制電路板無需鉆插裝孔。 具體地說, 就是首先在印制電路板 焊盤上途布焊錫膏, 再將表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放到涂有焊錫膏的焊盤上, 通過加熱印制電 路板直至焊錫臂熔化, 冷卻后便實(shí)現(xiàn)了元器件與印制電路之間的互聯(lián)。 進(jìn)人 20世紀(jì) 70年代, 以發(fā)展消費(fèi)類產(chǎn)品著稱的日本電子行業(yè)敏銳地發(fā)現(xiàn)了 SMT 專用焊料 (焊錫膏 和專用設(shè)備 (貼 片機(jī)、再流焊爐、印刷機(jī) 以及各種片式

7、元器件,極大地豐富了 SMT 的內(nèi)涵,也為 SMT 的發(fā) 展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 20世紀(jì) 80年代 SMT 生產(chǎn)技術(shù)日趨完善,用于表面安裝技術(shù)的元器件 大量生產(chǎn),價(jià)格大幅度下降,各種技術(shù)性能好、價(jià)格低的設(shè)備紛紛面世。用 SMT 組裝的電子產(chǎn)品具有體積小、性能好、功能全、價(jià)位低的綜合優(yōu)勢,故SMT 作為 新一代電子裝聯(lián)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的電子產(chǎn)品裝聯(lián)中。航空、航天、通信、 ·計(jì) 算機(jī)、醫(yī)療電子、汽車、辦公自動化、家用電器行業(yè),真可謂哪里有電子產(chǎn)品,哪里就有 SMT 。到了 70世紀(jì) 90年代, SMT 相關(guān)產(chǎn)業(yè)更是發(fā)生了驚人的變化,片式阻容元件自 70世紀(jì) 70年 代 工 業(yè)

8、化 生 產(chǎn) 以 來 , 尺 寸 從 最 初 的 3.2mm*1.6mm*l.2mm己 發(fā) 展 到 現(xiàn) 在 的 0.6mm*0.3mm*0.3mm,體積從最初的 6.14立方厘米發(fā)展到現(xiàn)在的 0.054立方厘米,其體積縮小到原來的 0.88%,見表 2。 片式元件的發(fā)展還可以從 IC 外形封裝尺寸的演變過程來看, IC 引腳中心距已從最初的 1.27mm 快速過渡到 0.65mm 、 0.5mm 和 0.4mm 。如今 IC 封裝形式又一嶄新的面貌出現(xiàn)在人們 面前,繼 PLCC 和 QFP 之后又出現(xiàn)了 BGA , CSP 和 FC 等。 IC 封裝電路的趨勢如圖 1所示。于 元件相匹配的印制板

9、也從早期的雙面板發(fā)展為多層板,最多可達(dá) 50多層,板面上線寬已 0.20.3mm 縮小到 0.15mm , 0.10mm 甚至到 0.05mm 。 圖 3 IC 封裝電路的發(fā)展趨勢 如今人們所見到的電子產(chǎn)品, 無論是外形尺寸還是生量更是大幅度減小。 以手提攝象機(jī)為 例, 20世紀(jì) 90年代初體積為 2500立方米,重 2.5kg, 到了 1999年,體積僅為 500立方米, 重 500g 。再如手提式電話, 20世紀(jì) 90年代初重 400g ,每臺售價(jià)達(dá) 2萬元之多,到了 20世 紀(jì)末,僅重 50g, 價(jià)格降至 1千元上下。用于 SMT 批生產(chǎn)的主要設(shè)備貼片機(jī)也從早期的低速 (1秒 /片 、機(jī)

10、械對中,發(fā)展為 高速 (0.06秒 /片 、光學(xué)對中,并向多功能、柔性連接模塊化方向發(fā)展 ; 再流焊爐也由最初的 熱板工加熱發(fā)展為氮?dú)鉄犸L(fēng)紅外式加熱, 能適應(yīng)通孔元件再流焊且?guī)Ь植繌?qiáng)制冷卻的再流焊 爐也已經(jīng)實(shí)用化,再流焊的不良焊點(diǎn)率已下降到百萬分之十以下,幾乎接近無缺陷焊接。 SMT 技術(shù)作為新一代的裝聯(lián)技術(shù),僅有 40多年的歷史,但卻充分顯示出其強(qiáng)大的生命 力,它以非凡的速度,走完了從誕生、完善直至成熟的路程,邁人了大范圍工業(yè)應(yīng)用的旺盛 期。因此,把它稱之為裝聯(lián)技術(shù)的 " 第二次革命 " 是當(dāng)之無愧的。 。 四 SMT 的優(yōu)點(diǎn) 1 組裝密度高片式元器件比傳統(tǒng)穿孔元件所占面

11、積重量都大為減少。一般來說,采用 SMT 可使電子 產(chǎn)品體積縮小 60%,重量減輕 75%。通孔安裝技術(shù)元器件,他們按 2.45mm 網(wǎng)絡(luò)安裝元件, 而 SMT 組裝元件網(wǎng)格從 1.27mm 發(fā)展到目前的 0.63mm 網(wǎng)絡(luò),個(gè)別達(dá) 0.5mm 網(wǎng)絡(luò)的安裝元 件,密度更高。例如一個(gè) 64引腳的 DIP 集成快,它的組裝面積為 25mm*75mm,而同樣引 腳采用引線間距為 0.63mm 的方形扁平封裝集成塊(QFP ,它的組裝面積為 12mm*l2mm。 CSP 為 0.5間距 1·平方厘米,有 208個(gè)焊點(diǎn)。 2 可靠性高由于片式元器件的可靠性高,器件小而輕,故抗震動能力強(qiáng) ; 自

12、動化生產(chǎn)程度高。貼裝 可靠性高, 一般不良焊點(diǎn)率小于百分之一。 用 SMT 組裝的電子產(chǎn)品平均無故障時(shí)間 (MTBF為 25萬小時(shí),目前幾乎有 90%的電子產(chǎn)品采用 SMT 工藝。另外,根據(jù) MIL-HDBK-2170電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì), 5.1.14連接基本失效率入 b (失效數(shù)/106小時(shí) 可知,再流焊入 b=O.000080波峰焊人 b =O.0029,手工焊人 b =O.0026,因 SMT 以再流焊為主,可靠性比手工焊高 兩個(gè)數(shù)量級。 :3 高頻特性好由于片式元器件貼裝牢固, 器件通常為無引線或短引線, 降低了寄生電感和寄生電容的 影響,提高了電路的高頻特性。采用 SMC 及 SMD

13、 設(shè)計(jì)的電路最高頻率達(dá) 3GHz 而采用通 孔元件僅為 5OOMHz 。采用 SMT 也可縮短傳輸延遲時(shí)間,可用于時(shí)鐘頻率為 16MHz 以上 的電路。若使用多芯片模塊 MCM 技術(shù),計(jì)算機(jī)工作站的高端時(shí)鐘頻率可達(dá) 1OOMHz ,由 寄生電抗引起的附加功耗可降低 2至 3倍。4 降低成本a. 印制板使用面積減小,面積為采用通孔技術(shù)面積的 1/12,若采用 CSP ·安裝,則其面 積還可大幅度下降 ;b. 印制板上鉆孔數(shù)量減少。節(jié)約返修費(fèi)用 ;c. 頻率特性高,減少了電路調(diào)試費(fèi)用 ;d. 片式元器件體積小、重量輕,減少了包裝、運(yùn)輸和存儲費(fèi)用 ;e. 片式元器件 (SMC/SMD發(fā)展快

14、,成本迅速下降。5 便于啟動化生產(chǎn)目前穿孔安裝印制板要實(shí)現(xiàn)完全自動化,還需擴(kuò)大 40%原印制板面積,這樣才能使自 動插件的插裝頭將元件插人, 若沒有足夠的空間間隙, 將碰壞元件。 而自動貼片機(jī)彩和真空 吸嘴吸放元件,真空吸嘴小于元件外形,可提高安裝密度。事實(shí)上小元件及細(xì)間距 QFP 器 件均采用自動貼片機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),以實(shí)現(xiàn)全線自動化生產(chǎn)。五 SMT 工藝技術(shù)的組成從表 3可以看出, 表面組裝技術(shù)是一項(xiàng)涉及多種專業(yè)和多門學(xué)科的系統(tǒng)工程, 主要涉及 電子和微電子技術(shù)、精密機(jī)械加工技術(shù)、自動控制技術(shù)、軟釬焊接技術(shù)、化工技術(shù)、新型材 料技術(shù)和檢驗(yàn)測試技術(shù),以及物理學(xué)、電子學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)等專業(yè)和學(xué)科。

15、 六 SMT 和 THT 的比較SMT 工藝技術(shù)的特點(diǎn)還可通過其與傳統(tǒng)通孔插裝技術(shù) (THT:Through Hole Packaging Technology 的差別比較體現(xiàn)。從組裝工藝技術(shù)的角度分析, SMT 和 THT 的根本區(qū)別是 " 貼 " 和 " 插 " 。 二者的差別還體現(xiàn)在基板、 元器件、 組件形態(tài)、 焊點(diǎn)形態(tài)和組裝工藝方法各個(gè)方面。 區(qū)別見表 4。 THT 采用有引線元器件,通過把元器件引線插入 PCB 上預(yù)先鉆好的安裝孔中,暫 時(shí)固定后在基板的另一面采用波峰焊接等軟釬焊技術(shù)進(jìn)行焊接, 形成可靠的焊點(diǎn), 建立長期 的機(jī)械和電氣連接,元器

16、件主體和焊點(diǎn)分別分布在基板兩側(cè)。采用 SMT 時(shí),表面組裝元件 /器件 (SMC/SMD無長引線,而設(shè)計(jì)有焊接端子 (外電 極或短引線 , 在 PCB 或其它電路基板上則實(shí)際了相應(yīng)于元器件焊接端子的平面圖形 (焊盤 。 七 SMT 的工藝流程SMT 工藝有兩類最基本的工藝流程,一類是印焊錫膏再流焊工藝,另一類是 點(diǎn)膠波峰焊工藝。 在實(shí)際生產(chǎn)中, 應(yīng)根據(jù)所有元器件和生產(chǎn)裝備的類型以及產(chǎn)品的需求, 選擇單獨(dú)進(jìn)行或者重復(fù)、 混合使用, 以滿足不同產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。 現(xiàn)將基本的工藝流程圖示 如下 :(1印焊錫膏再流焊工藝,如圖 4所示。該工藝流程的特點(diǎn)是簡單、快捷,有 利于產(chǎn)品體積的減小,高可靠。 印焊

17、膏再流焊工藝流程圖(2點(diǎn)膠波峰焊工藝,該工藝流程的特點(diǎn)是利用雙面板空間,電子產(chǎn)品的體積 可以進(jìn)一步減小。 且仍使用通孔元件, 價(jià)格低廉。 但設(shè)備要求增多, 波峰焊過程中缺陷較多, 難以實(shí)現(xiàn)高密度組裝。 點(diǎn)膠波峰焊工藝流程圖八 表面組裝元器件(SMC/SMD概況“表面組裝元件 /表面組裝器件”的英文是 Surface Mounted Conponents/Surface Mounted Device,縮寫為 SMC/SMD。表面組裝元器件是指外形矩形片式、 圓柱形或異性, 其焊端或引腳制作在同一平面內(nèi)并 適用于表面組裝的電子元器件。1 表面組裝元器件基本要求a. 元器件的外形適合自動化表面組裝,

18、元件的上表面應(yīng)易于使用真空吸嘴吸取,下表 面具有使用粘劑的能力。b. 尺寸、形狀標(biāo)準(zhǔn)化。并具有良好的尺寸精度和一致性。c. 包裝形式適合貼裝機(jī)自動貼裝要求。d. 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度,能承受貼裝機(jī)的鐵狀應(yīng)力和基板的彎曲應(yīng)力。e. 元器件的焊端或引腳的可焊性要符號要求。 235±5 ,2±0.2s 或 230±5, 3±0.5s 焊端 90%粘錫。f. 符合再流焊和波峰焊的耐高溫焊接要求。再流焊 :235±5 ,2±0.2s波峰焊 260±5 ,5±0.5sg. 可承受有機(jī)溶劑的洗滌。2 SMC 的外形封裝、尺寸、主要

19、參數(shù)及包裝方式見表 5。3 SMD 的外形封裝、引腳參數(shù)及包裝方式見表 6。4 SMC/SMD的包裝類型表面組裝元器件的包裝類型有端帶、散裝、管裝和托盤。a 表面組裝元器件包裝編帶表面組裝元器件包裝編帶有紙帶和塑料帶兩種材料。紙帶主要用于包裝片式電阻、電容的 8mm 編帶。塑料帶用于包裝各種片式無引線元件、復(fù)合元件、異形·元件、 SOT 、 SOP 、小尺寸 QFP 等片式元件。紙帶和塑料帶的孔矩為 4mm(l.0*0.5mm以下的小元件為 2mm , 元件間距 4mm 的倍數(shù), 根據(jù)元器件的長度而定。編帶的尺寸有 8mm,l2mm,16mh , 24mm , 32mm , 44mm

20、 , 56mm 等 尺寸。表 5 SMC的外形封裝、尺寸、主要參數(shù)及包裝方式 表 6 SMD 的外形封裝、引腳參數(shù)及包裝方式 b. 散裝包裝散裝包裝主要用于片式無引線無級性元件,例如電阻、電容等。c. 管裝包裝主要用于 SOP 、 SOJ 、 PLCC 、 PLCC 的插座,以及異形元件等。d. 托盤包裝托盤包裝用于 QFP 、 SOJ 、 PLCC 、 PLCC 的插座、以及異形元件等。5 表面組裝元器件的焊端結(jié)構(gòu)a. 表面組裝元器件(SMC 的焊端結(jié)構(gòu)無引線片式元件焊接端頭電極一般為三層金屬電極,見圖 4。 圖 4 無引線片式元件端頭三層金屬電極示意圖九 SMT 生產(chǎn)線及其主要設(shè)備十 SM

21、T 生產(chǎn)線SMT 生產(chǎn)線按照自動化程 度可分為全自動生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線 ; 按照生產(chǎn)線的規(guī)模大小可分為大型、中型和小型生產(chǎn)線。全自動生產(chǎn)線是指整條生產(chǎn)線的設(shè)備都是全自動設(shè)備, 通過自動上板機(jī)、 緩沖連接 線和卸板機(jī)將所有生產(chǎn)設(shè)備連成一條自動線 ; ·半自動生產(chǎn)線是指主要生產(chǎn)設(shè)備沒有連接起 來或沒有完全連接起來,印刷機(jī)是半自動的,需要人工印刷或人工裝卸印制板。大型生產(chǎn)線是指具有較大的生產(chǎn)能力, 一條大型單面貼裝生產(chǎn)線上的貼裝機(jī)由一臺 多功能機(jī)和多臺高速機(jī)組成 ; 一條大型雙面貼裝生產(chǎn)線靠一臺翻板機(jī)可將兩條單面貼裝生產(chǎn) 線連接在一起。中、小型 SMT 生產(chǎn)線主要適合研究所和中小型企業(yè)使

22、用,滿足多品種、中小批量 或單一品種、中小批 量的生產(chǎn)任務(wù),可以是全自動線或半自動線。貼裝機(jī)一般選用中、小 型機(jī),如果產(chǎn)量比較小,可采用一臺速度較高的多功能機(jī),如果有一定的生產(chǎn)量,可采用一 臺多功能機(jī)和一至兩臺高速機(jī)。圖 6-1為中、小型 SMT 自動流水生產(chǎn)線設(shè)備配置示意圖。圖 6-1中、小型 SMT 自動流水生產(chǎn)線設(shè)備配置平面方框示意圖圖中:1自動上板裝置2高精度全自動印刷機(jī)3緩沖帶 (檢查工位 4高速貼裝機(jī)5高精度、多功能貼裝機(jī)6緩沖帶 (檢查工位 7熱風(fēng)或熱風(fēng)十遠(yuǎn)紅外再流焊爐8-自動卸板裝置說明 :如果是半自動印刷機(jī),生產(chǎn)線不能連線。十一 SMT 生產(chǎn)線主要設(shè)備SMT 生產(chǎn)線主要生產(chǎn)設(shè)

23、備包括印刷機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼裝機(jī)、再流焊爐和波峰焊機(jī)。 輔助設(shè)備有檢測設(shè)備、返修設(shè)備、清洗設(shè)備、干燥設(shè)備和物料存儲設(shè)備等。1 印刷機(jī)印刷機(jī)是用來印刷焊霄或貼片膠的,其功能是將焊曹或貼片膠正確地漏印到印制板相 應(yīng)的位置上。用于 SMT 的印刷機(jī)大致分為三種檔次 :手動、 半自動和全自動印刷機(jī)。 半自動和全自動 印刷機(jī)可以根據(jù)具體情況配置各種功能,以提高印刷精度。例如 :視覺識別系統(tǒng)、干、濕和 真空吸擦板功能、 調(diào)整離板速度功能、 工作臺或刮刀 45º角旋轉(zhuǎn)功能 (用于窄間距 QFP 器件 , 以及二維、三維測量系統(tǒng)等。 印刷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)無論是那一種印刷機(jī),都由以下幾部分組成 :(1夾持基板

24、 (PCB的工作臺包括工作臺面、真空或邊夾持機(jī)構(gòu)、工作臺傳輸控制機(jī)構(gòu)。(2印刷頭系統(tǒng)包括刮刀、刮刀固定機(jī)構(gòu)、印刷頭的傳輸控制系 統(tǒng)等。 (3絲網(wǎng)或模板以及絲網(wǎng)或模板的固定機(jī)構(gòu)。(4為保證印刷精度而配置其他選件。包括視覺對中系統(tǒng)、擦板系統(tǒng)、二維、三維測量 系統(tǒng)等。 印刷機(jī)的工作原理焊膏和貼片膠都是觸變流體,具有粘性。當(dāng)刮刀以一點(diǎn)速度和角度向前移動時(shí), 對焊膏產(chǎn)生一點(diǎn)的壓力,推動焊膏在刮板前滾動,產(chǎn)生將焊膏注入網(wǎng)孔或漏孔所需的壓力。 焊膏的粘性摩擦力使焊膏在刮板于網(wǎng)板交接處產(chǎn)生切變, 切變力使焊膏的粘性下降, 有利于 焊膏順利地注入網(wǎng)孔或漏孔。 刮刀速度。 刮刀壓力、 刮刀于網(wǎng)板的角度以及焊膏的粘

25、度之間 都存在一定的制約關(guān)系,因此,只有正確地控制這些參數(shù),才能保證焊膏的印刷質(zhì)量。 印刷機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)最大印刷面積:根據(jù)最大的 PCB 尺寸確定。印刷精度:根據(jù)印制板組裝密度和器件的引腳間距球距的最小尺寸確定, 一般要 求達(dá)到±0.025mm 。印刷速度:根據(jù)產(chǎn)量要求確定。2. 貼裝機(jī)貼裝機(jī)相當(dāng)于機(jī)器人的機(jī)械手, 吧元器件按照事先編制好的程序從它的包裝中取出, 并 貼放到印制板相應(yīng)的位置上。 . 貼裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)(1 底座用來安裝和支撐貼裝機(jī)的全部部件, 目前趨向采用鑄鐵件。 鑄鐵件具有 質(zhì)量大、振動小的特點(diǎn),有利于保證貼裝精度。(2供料器供料器用來放置各種包裝形式的元器件,有散

26、裝、編帶、管裝和托盤 四種類型。貼裝時(shí)將各種類型的供料器分別安裝到相應(yīng)的供料器架上。(3 印制電路板傳輸裝置目前大多數(shù)貼裝機(jī)直接采用軌道傳輸, 也有一些貼裝機(jī) 采用工作臺傳輸,即把 PCB 固定在工作臺上,工作臺在傳輸軌道上運(yùn)行。(4貼裝頭貼裝頭時(shí)貼裝機(jī)上最復(fù)雜、最關(guān)鍵的部件,它相當(dāng)于機(jī)械手,用來拾 取和貼放元器件。貼裝頭有多頭, 36個(gè)頭,貼速 3千3萬片 /小時(shí) ;旋轉(zhuǎn)式多頭,三洋,松下等設(shè)備有 16個(gè)頭,每頭 4個(gè)吸嘴,可貼 4.55萬片 /小時(shí); 組合式頭,如安必昂 FCM 型, 16個(gè)獨(dú)立頭組合,每小時(shí) 9.6萬片。(5貼裝頭的 X 、 Y 定位傳輸裝置有機(jī)械絲杠傳輸(一般采用直流伺

27、服電機(jī)驅(qū) 動磁尺和光柵傳輸。從理論上講,磁尺和光柵傳輸?shù)木雀哂诮z杠傳輸;但是在維護(hù)修理 方面,絲杠傳輸比較容易。(6貼裝工具(吸嘴不同形狀、大小的元器件要采用不同的吸嘴進(jìn)行拾放, 一般元器件采用真空吸嘴, 對于異形元件 (例如沒有吸取平面的連接器等 也有采用機(jī)械爪 結(jié)構(gòu)的。(7對中系統(tǒng)有機(jī)械對中、 激光對申、 激光加視覺對中, 以及全視覺對中系統(tǒng)。(8計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是貼裝機(jī)所有操作的指揮中心,目前大 多數(shù)貼裝機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用 windows 界面。 貼裝機(jī)的主要技術(shù)揩標(biāo)貼裝精度 :貼裝精度包括三個(gè)內(nèi)容 :貼裝精度、分辨率和重復(fù)精度。(1 貼裝精度是指元器件貼裝后相對于印

28、制板標(biāo)準(zhǔn)貼裝位置的偏移量。 一般 來講,貼裝 Chip 元件要求達(dá)到 ±0.1mm ,貼裝高密度窄間距的 SMD 至少要求達(dá)到±0.6mm 。分辨率分辨率是貼裝機(jī)運(yùn)行時(shí)最小增量 (例如絲杠的每個(gè)步進(jìn)為 0.Olmm ,那 么該貼裝機(jī)的分辨率為 0.Olmmn 的一種度量, 衡量機(jī)器本身精度時(shí), 分辨率是重要指標(biāo)。但是,實(shí)際貼裝精度包括所有誤差的總和,因此,描述貼裝機(jī)性能時(shí)很少使用分辨率,一 般在比較貼裝機(jī)性能時(shí)才使用分辨率。重復(fù)精度重復(fù)精度是指貼裝頭重復(fù)返回標(biāo)定點(diǎn)的能力。 貼裝精度、 分辨率、 重 復(fù)精度之間有一定的相關(guān)關(guān)系。(2貼片速度 :一般高速機(jī)貼裝速度為 0.2S/

29、Chip元件以內(nèi),目前最高貼裝速度為 0.06S/Chip元件 :高精度、多功能饑一般都是中速機(jī),貼裝速度為 0.3-0.6s/Chip元件左右。 (3對中方式 :貼片的對中方式有機(jī)械對中、激光對中、全視覺對中、激光和視覺混合對中 等。其中,全視覺對中精度最高。(4貼裝面積 :由貼裝機(jī)傳輸軌道以及貼裝頭運(yùn)動范圍決定,一般最小 PCB 尺寸為 50×5Omm ,最大 PCB 尺寸應(yīng)大于 250×3OOmmn 。(5貼裝功能 :一般高速貼裝機(jī)主要可以貼裝各種 Chip 元件和較小的 SND 器件 (最大 25×3Omm 左有 ; 多功能機(jī)可以貼裝從 1.O ×

30、;O.5mmn(目前最小可貼裝 0.66×0.3mmn -54×54mm (最大 60×6OmmSMD 器件,還可以貼裝連接器等異形元器件,最大連接器的長度可達(dá) 15Ommn 。(6可貼裝元件種類數(shù) :可貼裝元件種類數(shù)是由貼裝機(jī)供料器料站位管的數(shù)量決定的 (以能容納 8mm 編帶供料器的數(shù)量來衡量 。一般高速貼裝機(jī)料站位置大于 120個(gè),多功 能機(jī)料站位簧在 60-120之間。(7編程功能 :是指在線和離線編程以及優(yōu)化功能。3 再流焊爐再流焊爐是焊接表面組裝元器件的設(shè)備。 再流焊爐主要有紅外爐、 熱風(fēng)爐、 紅外爐 加熱風(fēng)爐、蒸汽焊爐等。目前最流行的是全熱風(fēng)爐,以及

31、紅外加熱風(fēng)爐。 再流焊爐的基本結(jié)構(gòu)再流焊爐主要由爐體、上下加熱源、 PCB 傳輸裝置、空氣循環(huán)裝置、冷卻裝置、 排風(fēng)裝置、溫度控制裝置,以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。再流焊熱傳導(dǎo)方式主要有輻射和對流兩種方式。 再流焊爐的主要技術(shù)指標(biāo)(1溫度控制精度 (指傳感器靈敏度 :應(yīng)達(dá)到±0.1-0.2 ;(2傳輸帶橫向溫差 :要求±5以下 :(3溫度曲線測試功能 :如果設(shè)備無此配樹,應(yīng)外購溫度曲線采集器 ;(4最高加熱溫度 :·一般為 300-350, 如果考慮無鉛焊料或金屬基板, 應(yīng)選擇 350。 C 以上。(5加熱區(qū)數(shù)量和長度 :加熱區(qū)數(shù)量越多、長度越長,越容易調(diào)整和控制溫度

32、曲線。 一般中小批量生選擇 4-5溫區(qū),加熱區(qū)長度 1.8m 左有即能滿足要求。(6傳送帶寬度 :應(yīng)根據(jù)最大和最寬 PCB 尺寸確定選設(shè)備的注意事項(xiàng):1. 根據(jù)本單位的產(chǎn)品特點(diǎn)和產(chǎn)量,要貨比三家,擇優(yōu)錄取;2. 實(shí)出必須要滿足的主要指標(biāo),如選貼片機(jī)時(shí):生產(chǎn)線方向,貼裝精度,貼裝速度,貼 裝元件尺寸范圍, 可貼裝最大元件高度元件厚度檢測功能, 具備供料器浮起檢測功能或有 預(yù)防浮起裝置,維修能力,收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等。選無鉛回流焊機(jī)時(shí):設(shè)備所有零部件應(yīng)符號 ISO 標(biāo)準(zhǔn),電腦控制,適合無鉛及微小器件(0201, 01005等封 裝器件焊接,上下獨(dú)立溫區(qū) 8個(gè)以上,并有兩個(gè)以上冷卻區(qū)可獨(dú)立控制,風(fēng)速可調(diào),最

33、高溫度 >350;溫控精度±0.1; PCB 橫向溫差 2;預(yù)熱區(qū)與回流區(qū)最高溫差不小于 100;開機(jī)升溫時(shí)間 <30min;開機(jī)時(shí)爐表溫度不大于 50。 PCB 傳送方向軌道高度(一般 900mm ±20mm 冷卻方式導(dǎo)軌寬調(diào)范圍 50500mm ,有 OPS 等。其內(nèi)部電極一般為厚膜把銀電極。 由于把銀電極直接與鉛錫焊料焊接時(shí), 在高溫下, 熔 融的鉛錫焊料中的鉛會將厚膜把銀電極中的銀食蝕掉, 這樣會造成虛焊或脫焊, 俗稱 " 脫帽 " 現(xiàn)象。因此在把銀電極外面鍍一層鎳,鎳的耐焊性比較好,而且比較穩(wěn)定,用鎳作中間電極 可起到阻擋層的作用。

34、 鈕是鎳的可焊性不好, 因此還要在最外面鍍一層鉛錫, 以提高可焊性。 4 表面組裝器件 (SMD的焊端結(jié)構(gòu)表面組裝器件的焊端結(jié)構(gòu)可分為羽翼形、 J 形和球形,見圖 表面組裝器件 (sMD的焊端結(jié)構(gòu)示意圖羽翼形的器件封裝類型有 :SOT、 SOP 、 QFP 。J 形的器件封裝類型有 :SOJ、 PLCC 。球形的器件封裝類型有 :BGA、 CSP 、 FlipChip 。十二 當(dāng)前 SMT 基礎(chǔ)工藝研究的內(nèi)容近幾年來,盡管元器件尺寸、引腳中心距變小,以至出現(xiàn) Csp 、裸芯片等,但 SMT 工藝流 程卻沒有變化,即仍然是印刷焊膏貼放元件再流焊接。 ·因此我們更應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ) 工藝研究,

35、 提高在大生產(chǎn)中電加工工業(yè)水平, 以保證產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性和成品合格率的提高。 例如國際上再流焊不良焊點(diǎn)率己接近 10*10-6, 國內(nèi)的焊接質(zhì)量相比之下仍存在一定的差距。 當(dāng)前, 國外對無鉛焊產(chǎn)的研究在日本、 西歐均已開始使用, 并已擬訂禁用含錫焊料的時(shí)司表。 當(dāng) SMT 國內(nèi)基礎(chǔ)工藝的研究內(nèi)容包括 :(lPCB焊盤涂覆層的研究;(2元件可焊性及儲存方法的研究 ;(3模板開口尺寸設(shè)計(jì)特別時(shí) 0201.01005. 無鉛焊;(4軍品清洗焊接工藝的研究;(5無鉛焊工藝及可靠性的研究;(6SMT工藝材料選用認(rèn)證的研究;(7錫膏精密印刷工藝的研究;(8超小 /超細(xì)元器件再流焊工藝的研究;(9無鉛錫膏應(yīng)

36、用的研究;(10通孔元件再流焊工藝的研究;(11BAG、 CSP 、 FC 焊接返修工藝的研究;(12SMi生產(chǎn)中防靜電技術(shù)的研究;(13SMT各點(diǎn)工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究;當(dāng)然還有其他方面的研究,實(shí)距表明若能做好上述基礎(chǔ)工藝的研究,將會使 SMT 工藝水平 上一個(gè)臺階。在發(fā)展元器件方面,我們不僅耍做好電阻電容元件的生產(chǎn),而且首先要發(fā)展 IC 器件,解決 SOIC , PLCC , QFP 和 LCCC 等 SMD-IC 的供應(yīng)問題。目前,這些 SMC 大部分依賴進(jìn)口, 除開發(fā)共性 IC 以外,還應(yīng)開發(fā)專用的 IC 器件 (ASIC,是推廣 SMT 的關(guān)鍵。十三 SMT 的發(fā)展趨勢羽翼形 J 形 球形

37、SMT 自 20世紀(jì) 60年代問世以來,經(jīng) 40年的發(fā)展,已迸人完全成熟的階段,不僅成為 當(dāng)代電路組裝技術(shù)的主流,而且正繼續(xù)向縱探發(fā)展。就封裝器件組裝工藝來說, SMT 的發(fā) 展已經(jīng)接近極限 (二維封裝 ,應(yīng)在此基礎(chǔ)上積極開展多芯片模塊的三維組裝技術(shù)的研究,現(xiàn) 將 SMT 發(fā)展趨勢簡介如下 :1 芯片級組裝技術(shù)自從 1947年世界上第一只晶體管問世以來, 特別是隨著 LSI,VLSI 及 ASIC 器件的飛速 發(fā)展,出現(xiàn)了各種先進(jìn)的 IC 封裝技術(shù),如 DIP,SOP,QFP , BGA 和 CSP 等。隨著 SMT 技術(shù) 的成熟,裸芯片直接貼裝到 PCB 上已提到議事日程,特別是低膨脹系數(shù)的

38、 PCB 以及專用焊 接和填充料的開發(fā)成功, 這些制約裸芯片發(fā)展的瓶頸技術(shù)的解決, 使裸芯片技術(shù)進(jìn)大一個(gè)高 速發(fā)展的新時(shí)代。從 1997年以來裸芯片的年增長率已達(dá)到 30%以上,發(fā)展較為迅速的裸芯 片應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)的相關(guān)部件,如微處理器、高速內(nèi)存和硬盤驅(qū)動器等, ·由于以高性能的 要求和小型化發(fā)展趨勢,也將大量使用裸芯片技術(shù),因此裸芯片技術(shù)必將成為 21世紀(jì)芯片 應(yīng)用的發(fā)展主流。裸芯片焊接技術(shù)有兩種主要形式 :一種是 COB 技術(shù), 另一種是倒裝片技術(shù) FC(FlipChip。 用 COB 技術(shù)封裝的裸芯片, 其芯片主體和 1/0端子 (焊區(qū) 在晶體上方, 焊區(qū)周邊分布在 芯片的四邊

39、,在焊接時(shí)先將裸芯片用導(dǎo)電 /導(dǎo)熱膠粘在 PCB 上,凝固后,用線焊機(jī)將金屬絲 (AI或 Au 在超聲、熱壓的作用下,分別連接在芯片上的 I/0端子焊區(qū)和 PCB 相對應(yīng)的焊盤 上,測試合格后再封上樹脂膠。 PCB 技術(shù)具有價(jià)格低廉、節(jié)約空間及工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)。 FC, 又稱為倒裝片,與 COB 相比,其 1/0端子以面陣列式排列在芯片之上,并在 1/0端 子表面制造成焊料凸點(diǎn)。焊接時(shí),只要將芯片反置于 PCB 的互連,因此 FC 刮以采用類似 于 SMT 的技術(shù)手段來加工。早在 20世紀(jì) 60年代末, IBM 公司就把 FC 技術(shù)大量應(yīng)用于計(jì) 算機(jī)中,即在陶瓷印制板上貼裝高密度的 FC; 到了 90年代,該技術(shù)已在多種行業(yè)的電子產(chǎn) 品中加以應(yīng)用,特別是便攜式的通信設(shè)備中。 IBM 公司將 FC 連接到 PCB 的過程稱之為 Controlled Collapse Chip Connection,即受控的塌陷芯片連接,簡稱 C4。裸芯片在焊接過程 中一方面受到熔化焊料表面張力的影響,可以自行樣正位置,另一方